摘要：第一頭能夠在牛奶中產(chǎn)生人類胰島素的轉(zhuǎn)基因奶牛
來自巴西南部的一頭不起眼的棕色牛創(chuàng)造了歷史，成為第一頭能夠在牛奶中產(chǎn)生人類胰島素的轉(zhuǎn)基因奶牛。
由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校和圣保羅大學(xué)圣保羅分校的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的這一進(jìn)展，可能預(yù)示著胰島素生產(chǎn)的新時(shí)代，有一天，糖尿病患者的藥物短缺和高成本將被消除。大自然母親把乳腺設(shè)計(jì)成一個(gè)工廠，非常非常高效地制造蛋白質(zhì)。我們可以利用這個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)一種可以幫助數(shù)億人的蛋白質(zhì)，"伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校農(nóng)業(yè)、消費(fèi)者和環(huán)境科學(xué)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)系教授Matt Wheeler說。
Wheeler是《Biotechnology Journal》上一篇新研究的主要作者，該研究描述了生產(chǎn)胰島素的奶牛的發(fā)展，這是一項(xiàng)概念驗(yàn)證成果，在經(jīng)過額外的測試和FDA的批準(zhǔn)后，可能會(huì)擴(kuò)大規(guī)模。
圖1 轉(zhuǎn)基因牛乳生產(chǎn)人胰島素原
Wheeler在巴西的同事插入了一段編碼胰島素原的人類DNA，這是一段胰島素-活性形式的蛋白質(zhì)前體，并注入10個(gè)牛胚胎的細(xì)胞核。在巴西，這些基因被植入正常奶牛的子宮，并誕生了一頭轉(zhuǎn)基因小牛。由于最新的基因工程技術(shù)，人類DNA被靶向表達(dá)，然后基因序列被讀取并翻譯成蛋白質(zhì)產(chǎn)物，并且這些產(chǎn)物只存在于乳腺組織中。
Wheeler說:“過去，我們只是把DNA塞進(jìn)去，希望它能在你想要的地方表達(dá)。現(xiàn)在我們可以更具戰(zhàn)略性和針對(duì)性。使用乳腺組織特(空)有的DNA結(jié)構(gòu)意味著牛的血液或其他組織中沒有人類胰島素循環(huán)。它還利用了乳腺產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)的能力。"
當(dāng)奶牛成熟后，研究小組試圖使用標(biāo)準(zhǔn)的人工授精技術(shù)使其受孕，但沒有成功。相反，他們用激素刺激她的第一次泌乳。泌乳產(chǎn)奶，但產(chǎn)奶量比成功懷孕后要少。然而，令人驚訝的是，在牛奶中可以檢測到人類胰島素原和胰島素。
“我們的目標(biāo)是制造胰島素原，將其純化成胰島素，然后從那里開始。但這頭牛基本上是自己加工的。她產(chǎn)生的生物活性胰島素與原胰島素的比例約為3:1，"Wheeler說。“乳腺是一個(gè)神奇的東西。"
胰島素和胰島素原需要提取和純化才能使用，在牛奶中以每升幾克的速度表達(dá)。但由于泌乳是由激素誘導(dǎo)的，泌乳量比預(yù)期的要小，研究小組不能確切地說一次典型的泌乳會(huì)產(chǎn)生多少胰島素。
圖2 構(gòu)建用于乳腺特異性人胰島素表達(dá)和限制性圖譜分析的慢病毒載體示意圖
保守地說，如果一頭牛每升能產(chǎn)生1克胰島素，而一頭典型的荷斯坦奶牛每天能產(chǎn)生40到50升胰島素，那就有很多胰島素了。尤其是考慮到胰島素的典型治療單位才0.0347毫克。
Wheeler說:“這意味著每克/L相當(dāng)于28,818單位的胰島素。而荷斯泰因每天可以生產(chǎn)50升。你可以自己算算。"
研究小組計(jì)劃重新克隆這頭奶牛，并樂觀地認(rèn)為，他們將在下一代的懷孕和完整的哺乳周期中取得更大的成功。最終，他們希望創(chuàng)造出轉(zhuǎn)基因公牛與雌性交配，創(chuàng)造出轉(zhuǎn)基因后代，可以用來建立一個(gè)特定的畜群。這意味著養(yǎng)一群牛就可以代替現(xiàn)在利用轉(zhuǎn)基因酵母和細(xì)菌生產(chǎn)胰島素的高科技的設(shè)施或基礎(chǔ)設(shè)施。
Wheeler說:“要在牛奶中大量生產(chǎn)胰島素，你需要專門的、健康狀況良好的設(shè)施，但對(duì)于我們成熟的乳制品行業(yè)來說，這沒什么特別的。我們知道我們?cè)趯?duì)奶牛做什么。"
在轉(zhuǎn)基因奶牛能夠?yàn)樘悄虿』颊咛峁┮葝u素之前，需要一個(gè)有效的系統(tǒng)來收集和純化胰島素產(chǎn)品，并獲得FDA的批準(zhǔn)。但Wheeler相信這一天終將到來。他說:“我可以預(yù)見，在未來，一個(gè)100頭的畜群，相當(dāng)于伊利諾伊州或威斯康星州的一個(gè)小型奶牛場，就能生產(chǎn)出全國所需的所有胰島素。還有更大的牛群?"
參考資料
[1] Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle
